在研究運動過程中，運動神經(jīng)元的重要性不言而喻，然而，單個運動神經(jīng)元在運動控制中的具體貢獻仍然不為人們所清楚。測量動物運動過程中單個神經(jīng)元的活動一直是實驗上的難題。

然而，隨著技術的進步，研究人員已經(jīng)可以在果蠅身上自由運動時操縱單個運動神經(jīng)元。一項新研究展示了對果蠅頭部運動控制的單個運動神經(jīng)元進行表征的發(fā)現(xiàn)。

這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》雜志上的一篇名為“運動神經(jīng)元通過本體感塑造產(chǎn)生姿勢定向運動”的論文中。

哥倫比亞大學扎克曼研究所的副研究科學家斯蒂芬·休斯頓博士表示：“這是科學家們首次對動物身體自然運動時單個運動神經(jīng)元的三維活動進行分析。你不能理解大腦如何使身體運動而不知道每個運動神經(jīng)元的作用，就像你不能理解控制木偶移動的操縱者沒有理解各個木偶線索的作用一樣?！?/p>

研究始于霍華德·休斯醫(yī)學研究所詹利亞研究營地，研究人員首先激活果蠅控制頭部運動的約25個運動神經(jīng)元中的光敏分子。這使科學家們能夠使用紅光逐個激活運動神經(jīng)元。與此同時，他們記錄了由此產(chǎn)生的頭部運動，并利用人工智能技術來跟蹤這些運動。

“大多數(shù)神經(jīng)元作為一個群體共同發(fā)揮作用，因此當我們逐個激活單個運動神經(jīng)元時，我們并不希望看到太多或甚至任何頭部運動，”休斯頓說。

研究人員最多只期望每個單個運動神經(jīng)元被硬編碼為產(chǎn)生一種簡單的運動，例如使頭部向左轉(zhuǎn)動10度。然而，通過后來在扎克曼研究所進行的計算分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，激活每個運動神經(jīng)元都可以使頭部以各種方式旋轉(zhuǎn)，甚至有些是相反方向的，這取決于果蠅頭部的起始姿勢。

更具體地說，團隊寫道：“我們發(fā)現(xiàn)，單個運動神經(jīng)元的活動會使頭部向不同方向旋轉(zhuǎn)，取決于頭部的起始姿勢，從而使頭部收斂到由受刺激的運動神經(jīng)元決定的姿勢?！?/p>

他們補充說，一個反饋模型“預測這種收斂行為是由運動神經(jīng)元驅(qū)動與本體感覺反饋相互作用所致”，并繼續(xù)“鑒定和遺傳抑制單個類別的本體感覺神經(jīng)元，根據(jù)反饋模型的預測改變運動神經(jīng)元誘導的收斂行為。”

準確定位果蠅大腦在細胞水平上的活動不僅僅是一項學術性的研究?！皩\動神經(jīng)元的更好理解可以幫助我們理解影響運動系統(tǒng)的疾病，例如肌萎縮性側(cè)索硬化癥，也被稱為ALS或路易·格爾里希氏病，”休斯頓說。

接下來，研究人員希望調(diào)查果蠅中其他類型的神經(jīng)元，如視覺系統(tǒng)中的神經(jīng)元，與運動神經(jīng)元如何相互作用以控制運動。

參考文獻：“Motor neurons generate pose-targeted movements via proprioceptive sculpting.”

編輯：周敏

排版：李麗